淺析5E-C5500型量熱儀

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，國(guó)家水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100024）

量熱儀應(yīng)用十分廣泛，主要用于測(cè)試煤炭、石油等物質(zhì)的熱值。量熱儀的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要分布在煤炭冶金行業(yè)，如GB/T 213-2008《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》、GB/T 483-2007《煤炭分析實(shí)驗(yàn)方法一般規(guī)定》、JJG 672-2001《氧彈熱量計(jì)檢定規(guī)程》，ISO 1928《固體礦物燃料.氧彈量熱法總發(fā)熱量的測(cè)定和凈發(fā)熱量的計(jì)算》，ASTM D5865-2013《對(duì)于煤和焦炭總熱值的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等。量熱儀的檢測(cè)方法較為成熟，其中，氧彈量熱儀是使用較為廣泛的常用設(shè)備，其快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)也備受青睞。

氧彈量熱儀按設(shè)計(jì)原理可分為絕熱式氧彈量熱儀和恒溫式氧彈量熱儀。絕熱式氧彈量熱儀幾乎完全隔絕熱傳遞，測(cè)量不受試驗(yàn)環(huán)境的影響，樣品燃燒釋放的熱量全部聚集在內(nèi)筒，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒有熱量損失，但設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，儀器制造難度大，成本較高，實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)量較低。恒溫式量熱儀因其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在滿足實(shí)驗(yàn)精度的前提下成本更低，因而在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍。

1 實(shí)驗(yàn)原理

恒溫式量熱儀的工作原理是將樣品裝入氧彈后進(jìn)行充氧，達(dá)到相應(yīng)壓力后將其置于量熱儀內(nèi)筒中，啟動(dòng)攪拌器，將內(nèi)外筒的水進(jìn)行循環(huán)，感溫探測(cè)器持續(xù)監(jiān)測(cè)水溫。水溫達(dá)到指定值并平衡后，系統(tǒng)自動(dòng)將點(diǎn)火絲通電，并點(diǎn)燃樣品，樣品在氧氣氣氛下充分燃燒，所釋放的熱量由氧彈和內(nèi)筒中的水所吸收，溫度同步上升。當(dāng)氧彈及內(nèi)筒水溫達(dá)到最高點(diǎn)開始下降時(shí)，則記為燃燒結(jié)束，系統(tǒng)停止跟蹤水溫變化并排出內(nèi)筒水。計(jì)算機(jī)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并得出最終結(jié)果。

5E-C5500型量熱儀采用恒溫式外筒結(jié)構(gòu)，儀器的熱容量標(biāo)定基本原理如下：

式中：Q—發(fā)熱量（J/g）；

E—系統(tǒng)的熱容量（J/℃）；

t0—系統(tǒng)起始溫度（℃）；

tn—系統(tǒng)最終溫度（℃）；

m—試樣質(zhì)量（g）使用已知發(fā)熱量的物質(zhì)進(jìn)行燃燒測(cè)試，測(cè)出系統(tǒng)溫度變化，便可求出熱容量E。常數(shù)C是考慮了冷卻修正值。對(duì)于同一臺(tái)量熱儀，當(dāng)儀器所處環(huán)境、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定均不變時(shí)，熱容量E為常數(shù)。熱容量標(biāo)定完成后便可測(cè)試樣品，基本原理公式如下：

通過(guò)一系列模型的計(jì)算和修正得出最終結(jié)果。

2 檢測(cè)性能

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

量熱儀：5E-C5500量熱儀（簡(jiǎn)稱儀器1），進(jìn)口某品牌量熱儀（簡(jiǎn)稱儀器2），國(guó)內(nèi)某品牌量熱儀（簡(jiǎn)稱儀器3）。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）130035。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

表1 試樣量采用1.0g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各儀器檢測(cè)結(jié)果

同一時(shí)間，同一實(shí)驗(yàn)室，由同一操作人員短時(shí)間內(nèi)用量熱儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1和表2。

從表1可以看出，儀器1和儀器2各檢測(cè)絕對(duì)誤差均小于50J/g，儀器3檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)誤差有部分結(jié)果超過(guò)了50J/g，最終的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差均在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。

表2 試樣量采用0.5g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各儀器檢測(cè)結(jié)果

從表2可以看出，在試樣量減少至0.5g時(shí)，儀器1和儀器2各檢測(cè)絕對(duì)誤差均小于50J/g，依然能夠保持檢測(cè)的準(zhǔn)確度，儀器3檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)誤差較大，在低試樣量試驗(yàn)中檢測(cè)的準(zhǔn)確有明顯的下降。

從表3可以看出，各儀器在檢測(cè)1.0g樣品量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差均小于檢測(cè)0.5g樣品量時(shí)的結(jié)果。在檢測(cè)0.5g樣品量時(shí)，儀器3的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差與準(zhǔn)確性的變化趨勢(shì)相同，均存在明顯的劣化。儀器1與儀器2的重復(fù)性檢測(cè)結(jié)果相仿，儀器的檢測(cè)重復(fù)性相當(dāng)，尤其在1.0g樣品量的檢測(cè)時(shí)儀器1還具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

表3 各儀器重復(fù)性檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

準(zhǔn)確性和重復(fù)性是評(píng)價(jià)檢測(cè)儀器的最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的指標(biāo)。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，某國(guó)產(chǎn)儀器與5E-C5500和進(jìn)口儀器還存在一定差距，但部分結(jié)果優(yōu)于進(jìn)口儀器。